基于单片机的SD卡读写系统设计.doc

SD卡读写系统设计 1．文献综述 SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。SD卡为9引脚，目的是通过把传输方式由串行变成并行，以提高传输速度。最大的特点就是通过加密功能，可以保证数据资料的安全必威体育官网网址它还具备版权保护技术，所采用的版权保护技术是DVD中使用的CPRM技术（可刻录介质内容保护）。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。 近年来, 单片机系统发展迅猛, 这不仅体现在 CPU处理能力迅速提升、 外界设备与处理器交互能力快速提高, 更体现在单片机系统的复杂性日益提高、 系统存储容量急剧增大。这些变化对于数据操作的灵活性提出了越来越高的要求。 因此, 如何系统地、 灵活地管理数据文件就成了单片机系统开发者无法回避的问题。 文件系统的使用使开发者获得“ 路径” 的概念, 从而回避了存储介质的地址空间, 不用每次都从头对物理介质进行操作。文件系统提供清晰明了的 API 函数, 使上层应用层不再关心底层存储介质, 而方便地利用标准接口访问底层存储器。 标准化的接口和层次分明的程序增加了程序的可移植性。 因此在单片机系统中植入文件系统是单片机系统发展的必然结果。 由于该系统是通过 SD卡模组向 SD卡写入一系列文件, 这些文件需要被 Windows 系列操作系统正确识别, 并进行读写操作, 因此, 我们选择了应用最为广泛的 FAT16 文件系统。FAT16 是 Microsoft 开发的文件系统, 是一种技术成熟、 结构简单、 系统资源开销小、 易于在单片机系统上的硬件平台上实现的文件系统。它是 Microsoft 公司在其 MS2DOS操作系统中采用的文件系统,具有出色的文件管理性能,能被当前大多数操作系统识别。因此,SD卡与 FAT16 文件系统相结合是嵌入式数据存储、记录系统的理想方案,可以将采集记录的数据直接在 PC上读取和处理。 本文选用基于MCS-251架构的 AT89S52 单片机，将FAT16 文件系统移植进单片机，并开发了一套 SD卡读写系统。此读写系统应用在了一套基于AT89S52和 SD卡的存储系统上, 实现了数据文件按 FAT16 文件系统存储规则存储。通过串口将本系统连接到 PC上, 在 Windows 操作系统上就能直接读取SD卡上的数据文件。 这套文件系统可以很方便地应用在各种工业现场以及小型的单片机数据采集系统中, 在数据采集存储方面更加灵活、 稳定。 2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案 2.1 系统方案介绍 本系统采用 MCS 251 架构的 AT89S52 单片机。AT89S52 是一种低成本、 低功耗、 高性能的 CMOS 8 位微控制器,具有 8 KB 在系统可编程 Flash 存储器。应用AT89S52 读写 SD 卡,首先要确定它们之间的通信方案。SD卡有 2 种可选的通信协议: SD 模式和 SPI 模式。SD模式是 SD 卡的标准读写方式,选用此模式需要选择带SD卡控制接口的 MCU 或者额外的 SD 卡控制单元; SPI模式通过 SPI 总线完成 SD 卡与主控制器的通信。AT89S52 没有集成 SD 卡控制器,为了不增加额外的 SD卡控制单元硬件成本,本设计方案采用 SD 卡的 SPI 通信模式。虽然 AT89S52 也没有集成 SPI 接口模块,但可以用软件的方式模拟 SPI接口时序。 另外一个要解决的问题是 SD 卡与 AT89S52 的电平匹配。SD卡的逻辑电平相当于3. 3 V 的 TTL 电平标准,AT89S52 的逻辑电平为5 V CMOS电平。 解决电平匹配问题的原则有2 条:一为输出电平器件输出的高电平的最小值,应该大于接收电平器件识别为高电平的最低电压值;另一条为输出电平器件输出低电平的最大电压值,应该小于接收电平器件识别为低电平的最高电压值。 考虑到SD卡在SPI工作模式下,数据的传输都是单向的,这样可以在单片机向 SD 卡传输数据时采用晶体管加下拉电阻的方法,基本电路如图1 所示。而在SD卡向单片机传输数据时可以采用直接连接,因为它们之间的电平刚好满足上述的电平兼容原则,既经济又实用。这个方案需要双电源供电,1 个5 V电源,1 个3. 3 V电源。 2.2 AT89S52 与 SD卡接口电路设计 2.2.1 SD卡接口规范 SD卡工作在2. 7～3. 6 V 电压下,图2 是普通 SD卡